TWI452644B - 蝕刻深度量測方法及其裝置 - Google Patents

Description

蝕刻深度量測方法及其裝置

本發明係屬於一種蝕刻深度量測方法及其裝置，其係一種可直接且準確地對於蝕刻的深度進行量測的蝕刻深度量測方法及其裝置者。

按，蝕刻製程係為半導體產業中非常重要的一項技術，其中對於蝕刻深度的控制，既有的蝕刻方法主要係透過系統參數搭配時間的方式，達到控制蝕刻深度的目的，然而，既有的蝕刻方法係透過間接的估算方式推算出蝕刻的深度，無法直接對於蝕刻加工的物件進行量測，相對會有產生一定程度的誤差，誠有加以改進之處。

本發明人有鑑於既有蝕刻無法直接量測深度的缺點與不足，本發明係透過精簡的結構配置方式，提供一種可直接且準確量測蝕刻深度的蝕刻深度量測方法及其裝置。

本發明主要在於提供一種蝕刻深度量測方法及其裝置，其係提供一可抗環境干擾、高解析度且直接量測的蝕刻深度量測方法及其裝置之目的者。

為達上述目的，本發明的蝕刻深度量測方法，其係包含有以下的操作步驟：儀器準備：準備一量測裝置、一待蝕刻基材及一蝕刻液，該量測裝置設有一光纖、一量測頭及一訊號處理組，該光纖用以傳輸一光源，該量測頭係與該光纖相連接且設 有一保護殼及一共光程干涉儀，該保護殼於底部設有一供光線穿透的穿透鏡，該共光程干涉儀係與該光纖相連接且設於該保護殼內並設有一光感測器，該訊號處理組係與該光感測器相電性連接，用以接收該光感測器所偵測到的干涉訊號，而該蝕刻液係用以於該待蝕刻基材表面蝕刻出所需的幾何結構；量測操作：將該待蝕刻基材浸泡於該蝕刻液中，且將該量測頭設有穿透鏡的一端插入該蝕刻液中並朝向該待蝕刻基材的表面，使光源經該共光程干涉儀及該穿透鏡而射入該待蝕刻基材的表面並反射回該共光程干涉儀中，使該待蝕刻基材表面與該共光程干涉儀之間形成一共振腔，讓該光感測器接收該共光程干涉儀與該待蝕刻基材表面之間干涉條紋的訊號；以及訊號處理：透過該光感測器接收干涉訊號後，經由該訊號處理組進行訊號處理，可得到干涉條紋的光振幅及光電場，進而推算出該反射光的光強度，由該光強度可推算該共光程干涉儀與該待蝕刻基材表面的間距，進而直接得到該蝕刻液於該待蝕刻基材表面的蝕刻深度。

進一步，在儀器準備的操作步驟中，使用一Fabry-Perot干涉儀做為該共光程干涉儀，該Fabry-Perot干涉儀設有一光纖準直鏡、一偏振分光鏡、一鍍膜鏡片、一相位延遲片及一光感測器，使該光纖傳送的光源依序經由光纖準直鏡、偏振分光鏡、鍍膜鏡片、相位延遲片而朝該穿透鏡射出，而該光感測器係接收由該偏振分光鏡分射的另一道光束，且該光強度可推算該鍍膜鏡片與該待蝕刻基材表面的 間距。

再進一步，在量測的操作的操作步驟中，將該射出穿透鏡的光源射於該待蝕刻基材的表面，使光源反射回該相位延遲片而轉換為一偏振光並射向該鍍膜鏡片，藉以於該光感測器處形成一干涉訊號並使該待蝕刻基材表面與該鍍膜鏡片之間形成一共振腔，而使該偏振光束在該鍍膜鏡片與該待蝕刻基材表面之間來回的反射與透射後產生複數條干涉條紋。

本發明另提供一種蝕刻深度量測裝置，其係包含有一光纖、一量測頭及一訊號處理組，其中：該光纖係用以傳輸一光源；該量測頭係與該光纖相連接且設有一保護殼及一共光程干涉儀，該保護殼底部設有一供光線穿透的穿透鏡，該共光程干涉儀係與該光纖相連接且設有一光感測器；以及該訊號處理組係與該共光程干涉儀的光感測器相電性連接，用以接收該光感測器所偵測到的干涉訊號。

進一步，該共光程干涉儀係為一Fabry-Perot干涉儀且設有一光纖準直鏡、一偏振分光鏡、一鍍膜鏡片及一相位延遲片，其中該光纖準直鏡係設於該保護殼內且朝向該穿透鏡，使該光纖傳送的光源可經該光纖準直鏡而朝該穿透鏡射出，該偏振分光鏡係設於該光纖準直鏡及該穿透鏡之間，藉以將該光源分為兩道光束，該鍍膜鏡片設於該偏振分光鏡及該穿透鏡之間，使其中一道光束可相對該鍍膜鏡片產生反射與穿射，而該相位延遲片係設於該鍍膜鏡片及該穿透鏡之間，用以將該穿透鍍膜鏡片的光束轉換並朝該 穿透鏡射出，而該共光程干涉儀的光感測器係設於該偏振分光鏡的另一側並接收另一道光束。

再進一步，該相位延遲片係為一四分之一相位延遲片。

藉由上述的技術手段，本發明的蝕刻深度量測方法及其裝置，主要係透過於該量測頭內設置一共光程干涉儀的方式，不僅具有較佳的抗環境擾動能力，且可直接且即時地量測待蝕刻基材的蝕刻深度，藉以提升蝕刻製程的正確率，進而提供一可抗環境干擾、高解析度且直接量測之蝕刻深度量測方法及其裝置者。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后，本發明之蝕刻深度量測方法及其裝置，其中請參閱如圖1所示，本發明係一種蝕刻深度量測方法，該蝕刻深度量測方法係包含有：(A)、儀器準備：如圖2及3所示準備一量測裝置10、一待蝕刻基材20及一蝕刻液30，其中該量測裝置係設有一光纖11、一量測頭12及一訊號處理組13，其中該光纖11係用以傳輸一光源111，該量測頭12係與該光纖11相連接且設有一保護殼14及一共光程干涉儀15，該保護殼14係為一中空殼體且於底部設有一供光線穿透的穿透鏡141，該共光程干涉儀15係與該光纖11相連接且為一具有較佳的抗環境擾動能力的Fabry-Perot干涉儀，該Fabry-Perot干涉儀設有一光纖準直鏡151、一偏振分光鏡152、一鍍膜鏡片153、一相位延遲片154及一光感測器 155，其中該光纖準直鏡151係設於該保護殼14內且朝向該穿透鏡141，使該光纖11傳送的光源111(p-type線偏振光)可經該光纖準直鏡151而朝該穿透鏡141射出，該偏振分光鏡152係設於該光纖準直鏡151及該穿透鏡141之間，藉以將該光源111分為兩道光束，該鍍膜鏡片153的反射率為R%、穿透率為T%(其中R及T係為一參數)且設於該偏振分光鏡152及該穿透鏡141之間，使其中一道光束可相對該鍍膜鏡片153產生反射與穿射，而該相位延遲片154係設於該鍍膜鏡片153及該穿透鏡141之間，用以將該穿透鍍膜鏡片153的光束轉換為一圓偏振光束並朝該穿透鏡141射出，較佳地，該相位延遲片154係為一四分之一相位延遲片，可有效避免逆回光束的干擾，藉以提高該Fabry-Perot干涉儀的解析度，而該光感測器155係設於該偏振分光鏡152的另一側並接收另一道光束，該訊號處理組13係與該光感測器155相電性連接，用以接收該光感測器155所偵測到的干涉訊號，而該待蝕刻基材20表面的反射率為R’%(其中該R’係為一參數)，而該蝕刻液30係用以在該待蝕刻基材20表面蝕刻出所需的幾何結構； (B)、量測操作：如圖3所示將該待蝕刻基材20浸泡於該蝕刻液30中，且將該量測頭12設有穿透鏡141的一端插入該蝕刻液30中並朝向該待蝕刻基材20的表面，使經該相位延遲片154轉換的圓偏振光束如圖4所示射於該待蝕刻基材20的表面，並反射回該相位延遲片154而轉換為一偏振光(s-type)並射向該鍍膜鏡片153，其中部分穿射過該鍍膜鏡片153的偏振光會經過該偏振分光鏡152反射 後進入該光感測器155處而形成一干涉訊號，而另一部分反射於該鍍膜鏡片153的偏振光束則再次射入該相位延遲片154中而改變其偏振狀態，使該待蝕刻基材20表面與該鍍膜鏡片153之間形成一共振腔，進而使該偏振光束在該鍍膜鏡片153與該待蝕刻基材20表面之間來回的反射與透射後產生複數條干涉條紋；以及(C)、訊號處理：透過該光感測器155接收干涉訊號後，經由該訊號處理組13進行訊號處理，可得到反射光的光振幅(A)及光電場(E)，進而推算出反射光的光強度(I)，再由反射光的光強度可推得出該共振腔的間距(d)，其中該光振幅方程式、光電場方程式及光強度方程式係分別如下所示：A_n =A₀ TR’^n/2 R^(1/2)(n-1) ............................................(1)

其中A₀ 為入射光振幅，R為鍍膜鏡片153反射率，T為鍍膜鏡片153的穿透率(理想狀態T=1-R)，R’為待蝕刻基材20的反射率。

E=A×cos(ωt+kr)=A₀ ×T×e^{i(ω t+kr)} ×R’^(1/2) ×e^i．δ /1-R’×R×e^i．2δ ..........................................................................(2)

其中ω為光的角速度，t為時間，k=2π/λ，λ為波長，r為光所經過的路徑長度，δ為相位角差=k˙2d=4πd/λ，d為鍍膜鏡片153與該待蝕刻基材20表面的間距。

I=E×E^* =A₀ xT² XR’/1+R² +R’² -2XR’XRXcos(8πd/λ) (3)

其中E^* 為E的共軛複數。

藉由上述的光強度公式即可如圖5所示推算該鍍膜鏡片153與該待蝕刻基材20表面的間距(d)，即可準確且直接地得到該蝕刻液30於該待蝕刻基材20表面的蝕刻深度。

藉由上述的技術手段，本發明的蝕刻深度量測方法及其裝置，主要係透過於該量測頭12內設置一共光程干涉儀15的方式，不僅具有較佳的抗環境擾動能力，且可直接且即時地量測待蝕刻基材20的蝕刻深度，藉以提升蝕刻製程的正確率，進而提供一可抗環境干擾、高解析度且直接量測之蝕刻深度量測方法及其裝置者。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術方案的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術方案內容，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧量測裝置

11‧‧‧光纖

12‧‧‧量測頭

13‧‧‧訊號處理組

14‧‧‧保護殼

141‧‧‧穿透鏡

15‧‧‧共光程干涉儀

151‧‧‧光纖準直鏡

152‧‧‧偏振分光鏡

153‧‧‧鍍膜鏡片

154‧‧‧相位延遲片

155‧‧‧光感測器

20‧‧‧待蝕刻基材

30‧‧‧蝕刻液

圖1係本發明蝕刻深度量測方法之操作流程方塊圖。

圖2係本發明蝕刻深度量測裝置之結構配置示意圖。

圖3係本發明蝕刻深度量測方法之量測操作示意圖。

圖4係本發明蝕刻深度量測方法之訊號處理示意圖。

圖5係本發明光強度及共振腔間距之關係圖。

Claims (6)

1. 一種蝕刻深度量測方法，包含有以下的操作步驟：儀器準備：準備一量測裝置、一待蝕刻基材及一蝕刻液，該量測裝置設有一光纖、一量測頭及一訊號處理組，該光纖用以傳輸一光源，該量測頭係與該光纖相連接且設有一保護殼及一共光程干涉儀，該保護殼於底部設有一供光線穿透的穿透鏡，該共光程干涉儀係與該光纖相連接且設於該保護殼內並設有一光感測器，該訊號處理組係與該光感測器相電性連接，用以接收該光感測器所偵測到的干涉訊號，而該蝕刻液係用以於該待蝕刻基材表面蝕刻出所需的幾何結構；量測操作：將該待蝕刻基材浸泡於該蝕刻液中，且將該量測頭設有穿透鏡的一端插入該蝕刻液中並朝向該待蝕刻基材的表面，使光源經該共光程干涉儀及該穿透鏡而射入該待蝕刻基材的表面並反射回該共光程干涉儀中，使該待蝕刻基材表面與該共光程干涉儀之間形成一共振腔，讓該光感測器接收該共光程干涉儀與該待蝕刻基材表面之間干涉條紋的訊號；以及訊號處理：透過該光感測器接收干涉訊號後，經由該訊號處理組進行訊號處理，可得到干涉條紋的光振幅及光電場，進而推算出該反射光的光強度，由該光強度可推算該共光程干涉儀與該待蝕刻基材表面的間距，進而直接得到該蝕刻液於該待蝕刻基材表面的蝕刻深度。
2. 如請求項1所述之蝕刻深度量測方法，其中在儀器準備的操作步驟中，使用一Fabry-Perot干涉儀做為該共光程 干涉儀，該Fabry-Perot干涉儀設有一光纖準直鏡、一偏振分光鏡、一鍍膜鏡片、一相位延遲片及一光感測器，使該光纖傳送的光源依序經由光纖準直鏡、偏振分光鏡、鍍膜鏡片、相位延遲片而朝該穿透鏡射出，而該光感測器係接收由該偏振分光鏡分射的另一道光束，且該光強度可推算該鍍膜鏡片與該待蝕刻基材表面的間距。
3. 如請求項2所述之蝕刻深度量測方法，其中在量測的操作的操作步驟中，將該射出穿透鏡的光源射於該待蝕刻基材的表面，使光源反射回該相位延遲片而轉換為一偏振光並射向該鍍膜鏡片，藉以於該光感測器處形成一干涉訊號並使該待蝕刻基材表面與該鍍膜鏡片之間形成一共振腔，而使該偏振光束在該鍍膜鏡片與該待蝕刻基材表面之間來回的反射與透射後產生複數條干涉條紋。
4. 一種蝕刻深度量測裝置，其係包含有一光纖、一量測頭及一訊號處理組，其中：該光纖係用以傳輸一光源；該量測頭係與該光纖相連接且設有一保護殼及一共光程干涉儀，該保護殼底部設有一供光線穿透的穿透鏡，該共光程干涉儀係與該光纖相連接且設有一光感測器；以及該訊號處理組係與該共光程干涉儀的光感測器相電性連接，用以接收該光感測器所偵測到的干涉訊號。
5. 如請求項4所述之蝕刻深度量測裝置，其中該共光程干涉儀係為一Fabry-Perot干涉儀且設有一光纖準直鏡、一偏振分光鏡、一鍍膜鏡片及一相位延遲片，其中該光纖準直鏡係設於該保護殼內且朝向該穿透鏡，使該光纖傳送的 光源可經該光纖準直鏡而朝該穿透鏡射出，該偏振分光鏡係設於該光纖準直鏡及該穿透鏡之間，藉以將該光源分為兩道光束，該鍍膜鏡片設於該偏振分光鏡及該穿透鏡之間，使其中一道光束可相對該鍍膜鏡片產生反射與穿射，而該相位延遲片係設於該鍍膜鏡片及該穿透鏡之間，用以將該穿透鍍膜鏡片的光束轉換並朝該穿透鏡射出，而該共光程干涉儀的光感測器係設於該偏振分光鏡的另一側並接收另一道光束。
6. 如請求項4或5所述之蝕刻深度量測裝置，其中該相位延遲片係為一四分之一相位延遲片。